NONO招募RPLP0增强DNA损伤修复促进肿瘤放疗抵抗的机制研究

Radio-resistance leads to the failure of cancer treatment and its underlying mechanisms are largely unknown. In the previous study, we used genome-wild CRISPR/cas9 knockout library (Hepatology, 2019, First author) to screen the key regulators of radio-resistance, and found that NONO enhanced radio-resistance and DNA damage repair. The results of CoIP and LC/MS assay showed that radiation significantly enhanced the association between NONO and ribosomal protein RPLP0 in nucleus. NONO and RPLP0 bound to DNA damage loci and promoted the repair of double strand break DNA. Analysis of clinical samples showed that the association between NONO and RPLP0 was enhanced in tumor cells and the level of NONO was correlated with radio-therapy response of colorectal cancer patients. As reported, DNA damage repair enhances tumor radio-resistance. Therefore, we hypothesized that radiation-induced recruitment of RPLP0 by NONO to DNA damage loci promotes the repair of DNA breaks, and enhances tumor radio-resistance. Based on these preliminary findings, we will conduct molecular biology experiments including gene knockout and high-throughput deep sequencing, and use PDX model and clinical samples, to elucidate a novel mechanism that radiation induced the recruitment of RPLP0 to damaged DNA sites by NONO, therefore enhanced DNA repair and tumor radio-resistance. Our findings will provide novel molecular targets for cancer treatment.

放疗抵抗是肿瘤放疗失败的重要原因，其机制尚不明确。基于全基因组Crispr/Cas9敲除文库（Hepatology，2019第一作者），我们鉴定出NONO是放疗抵抗的关键调控分子；蛋白质谱检测提示RPLP0是NONO的结合蛋白，放射线照射后二者在胞核内的结合显著增加，后移位于DNA损伤位点，增强DNA损伤修复能力。临床层面，较之正常组织细胞，NONO与RPLP0在肿瘤细胞中的结合量较高；NONO的高表达与放疗抵抗正相关。已知细胞DNA损伤修复能力强可导致放疗抵抗。由此，我们提出肿瘤放疗抵抗的新机制：NONO招募RPLP0至DNA双链的损伤位点，促进损伤末端的修复，诱导放疗抵抗。基于此，本项目拟采用基因敲除、高通量测序等方法，结合PDX模型及临床验证，最终阐明放射线照射时NONO招募RPLP0，二者识别并结合损伤的DNA双链断端，促进末端修复的具体分子机理，为基于此的靶向放疗增敏提供理论依据

放射治疗是肿瘤治疗的重要手段之一，然而，部分患者由于放疗抵抗，导致肿瘤治疗效果差、复发转移等。我们前期研究证实，RNA结合蛋白在肿瘤发生发展中发挥重要功能，但其在肿瘤放疗抵抗中的功能有待进一步阐明。近年来，液液相分离介导的无膜细胞器在各种生命活动中扮演了重要角色，但其在DNA损伤修复与肿瘤放疗抵抗中的功能还不清楚。本项目工作中，我们发现：1）放疗可诱导肿瘤细胞中RNA/DNA结合蛋白NONO发生液液相分离，招募核糖体蛋白RPLP0并与之结合，促进DNA损伤修复关键激酶DNA-PK的磷酸化激活，增强DNA修复与肿瘤放疗抵抗（Cell Death Dis，2022）；鉴定明确了PRMT1介导的NONO精氨酸甲基化修饰位点是R251，后者是NONO促进肿瘤生长、转移等功能所必须的（Oncogene，2021）。2）系统筛选了具有液液相分离特性的DNA损伤修复蛋白，鉴定出MRNIP、NONO、NOP53等具有液液相分离特性，并进行了深入研究。MRNIP在肿瘤组织中表达上调，并与肿瘤患者生存时间短、放疗抵抗相关；MRNIP可在细胞核内发生液液相分离形成液态的无膜细胞器，招募并浓缩MRN复合物，当DNA损伤发生时，MRNIP液滴快速移动至DNA损伤位点，增强MRN复合物与损伤DNA的结合，加快ATM的磷酸化激活，进而促进HR介导的DNA损伤修复与肿瘤放疗抵抗（Nat Commun，2022）。核仁蛋白NOP53可发生液液相分离，并定位于核仁的GC部分；NOP53缺失可激活p53通路，增强肿瘤细胞对放疗的敏感性（Cell Death Discov，2022）。3）阐明了EGF通路在DNA损伤修复与肿瘤放疗抵抗中的功能（Am J Cancer Res，2021），探索了应用人重组EGF喷剂进行放射性皮肤损伤的防治新策略，发现盆腔肿瘤放疗时，在射野部分皮肤喷洒人重组EGF可降低约30%的放射性皮炎（BMC Cancer，2022）。上述系列成果揭示了肿瘤放疗抵抗的分子机制，为肿瘤临床放疗增敏提供了新的靶点；此外，发现了放射性皮肤损伤防治的新策略，有望临床推广。